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20先创化工厂爆炸事故
CASESTUDY
RunawayChemicalReactionandVaporCloudExplosion
WorkerKilled,14Injured
No.2006-04-I-NC
July31,2007
案例分析
失控的化学反应和蒸气云爆炸
编号:
2006-04-I-NC
2007年7月31日
1IncidentSummary
ThisincidentoccurredatSynthron,LLC’sMorganton,NorthCarolina,facility.Thecompanymanufacturedavarietyofpowdercoatingandpaintadditivesbypolymerizingacrylicmonomersina1,500gallonreactor.
1突发事件概述
这起事件发生在北卡罗莱纳州摩根顿先创有限责任公司的工厂。
该公司使用聚合丙烯酸单体在1500加仑的反应器中生产各种粉末涂料及涂料添加剂。
Thecompanyhadreceivedanorderforslightlymoreofanadditivethanthenormalsizerecipewouldproduce.Plantmanagersscaleduptherecipetoproducetherequiredlargeramountofpolymer,andaddedalloftheadditionalmonomerneededintotheinitialchargetothereactor.Thismorethandoubledtherateofenergyreleaseinthereactor,exceedingthecoolingcapacityofthereactorcondenserandcausingarunawayreaction.
公司收到了一份订单,要求涂料添加剂比正常配方的量稍多一点。
工艺管理员按配方比例扩大混合料,以制造所需的大量聚合物,并在反应器中添加了所需的所有添加物。
这一做法使反应器能量释放率扩大了两倍,超出了反应器冷凝器的制冷能力,导致了反应失控。
Thereactorpressureincreasedrapidly.Solventvaporsventedfromthereactor’smanway,formingaflammablecloudinsidethebuilding.Thevaporsfoundanignitionsource,andtheresultingexplosionkilledoneworkerandinjured14.Theblastdestroyedthefacility(Figure1)anddamagedoff-sitestructures.
Figure1.Synthronfacilityaftertheexplosion
图1爆炸后的先创工厂
反应器内的压力迅速增加。
反应器的人孔处排出了溶剂蒸气,在车间内形成了易燃蒸气云。
蒸气遇到了点火源,引起的爆炸致使一人死亡、14人受伤。
爆炸摧毁了工厂(图1)并损坏了厂外的建筑。
TheU.S.ChemicalSafetyBoard(CSB)foundthatthereactorlackedbasicsafeguardstoprevent,detect,andmitigaterunawayreactions,andthatessentialsafetymanagementpracticeswerenotinplace.
CSB发现反应器缺少预防、探测和减除失控反应的安全保障,必需的安全管理也不到位。
1.1TheIncident
Theproductiondepartmentbeganpreparinga6,080poundacrylicpolymerbatchthedaybeforetheincident,approximately12percentmorematerialthanwouldnormallybemadeinasinglebatch.Theplantsuperintendentdeterminedthequantitiesofsolvent,monomer,andinitiatorneededforthebatch.Thedayshiftoperatorsthenblendedthesolventsandusedsomeoftheblendtopreparetheinitiatorsolution.Theyaddedthebalancetothe1,500gallonreactor.Thesecondshiftoperators,inaccordancewithwritteninstructions,addedsomeofthemonomertothereactorandheldbacktheremainderforuselaterinthereactionsequence.
1.1突发事件
事发前一天,生产部开始制备一批6800磅的丙烯酸聚合物,这比单次正常批量多出了大约12%。
工厂管理者确定了该批次产品所需的溶剂、单体、起始物的数量。
白班操作员制作了溶剂混合物并使用一部分混合物制备起始物溶液。
他们将剩余混合物加入了容量为1500加仑的反应器。
另一名白班操作员根据书面说明向反应器中加入了一些单体,妥善放置了剩余部分以供后续反应使用。
ThedayshiftarrivedonthemorningofJanuary31andaddedsteamtothereactorjacket(Figure2)toheatthereactortothetemperaturespecifiedonthebatchsheet,thenshutoffthesteam.
Figure2.ReactorM1
图2反应器M1
1月31日的白班人员上岗后,开启了反应器护套的暖气(图2),并将反应器加热至工作表标定的温度,然后关掉了暖气。
Thesenioroperatortookthefinalsteptostartthereactionbypumpinginitiatorsolutionintothereactor.Hethenvisuallycheckedtheflowofcondensedsolventthroughthecondensersightglasstomonitortherateofreaction.Whilethereactioninitiallydidnotproceedasvigorouslyasheexpected,thecondensedsolventflowlaterincreasedandappearedtobeinthenormalrange.
资深操作员完成了启动反应的最后一个步骤,用泵向反应器输送起始物溶液。
他随后用肉眼通过冷凝器观察窗检查冷凝溶剂的流量,以监测反应的速率。
虽然一开始反应并没有像他期待的那么有力,但随着冷凝溶剂的增加,反应看起来回到了正常范围。
Severalminuteslater,thesenioroperatorheardaloudhissingandsawvaporventingfromthereactormanway.Theirritatingvaporforcedhimoutofthebuilding.
几分钟后,资深操作员听到一声嘶嘶声并看到反应器人孔处冒出了蒸气。
强烈的刺激性蒸汽迫使他离开了车间。
Threeotheremployeeswerealsoforcedfromthebuildingbytherelease.Joinedbytheplantsuperintendentandtheplantmanager,theemployeesgatheredoutsideanupperleveldoorway(Figure3).Thesenioroperatorre-enteredthebuildingwearingarespirator,andwasabletostartemergencycoolingwaterflowtothereactorjacket.However,thebuildingexplodedlessthan30secondsafterheexited.
Figure3.Synthronfacilitylayout
图3先创工厂的布局
其他三名工人也被迫离开了车间。
加上工艺主管和管理员,工人们聚集在了二层的门口外面(图3)。
资深操作员佩戴了呼吸器后重返车间,开启了通向反应器外套的应急冷却水源。
然而,他离开后不足30秒,车间就发生了爆炸。
Theblastknockeddownthepersonnelgatheredoutsidethedoorway.Allwereinjured,andonerequiredhelicoptertransporttohospital.Administrativepersonnelworkinginanonsitetraileralsosufferedminorinjuries.
工人聚集的那个门口被爆炸炸毁。
所有人都受了伤,其中一人需要用直升机送往医院。
现场活动房屋里工作的行政人员也受了轻伤。
Themaintenancesupervisorwasnearthelabonthelowerlevelwhentheexplosionoccurred(Figure3).Hewasseverelyburnedovermostofhisbodyandwastransportedbyhelicoptertoaregionalburncenter,wherehediedfivedayslater.
爆炸发生时,维修主管就在二层的实验室附近。
他被严重烧伤并由直升机送往地区烧伤中心,五天后不治身亡。
Theblastdamagedstructuresinthenearbycommunity.Twochurchbuildingsandahousewerecondemned,andglasswasbrokenuptoone-thirdofamilefromthesite.Twocitizensdrivingbythesitewereslightlyinjured.
爆炸导致附近社区的建筑受损。
距离爆炸现场一英里外的两座教堂和一座房屋被认定由事件导致损坏,玻璃破碎三分之一以上。
两名驾车经过该工厂的居民受了轻伤。
TheEnvironmentalProtectionAgency(EPA)federalizedthesiteundertheCERCLA(Superfund)regulation,remediatedthesiteandeventuallyrazedtheheavilydamagedstructuresatSynthron’sfacility.
环境保护局根据环境法的条例将先创化工厂设施联邦化,修复了部分设施,并将严重受损的建筑夷为平地。
1.2CommunityEmergencyResponse
TheMorgantonDepartmentofPublicSafetyrespondedrapidlyandcalledinmutualaidsupportfromBurkeCountyandnearbymunicipalities.EmployeesandPublicSafetyofficersassistedinjuredemployees.
1.2社区应急响应
摩根的公共安全部门应急响应迅速并请来了附近城市和伯克郡的互助队。
员工和公共安全官员协助受伤员工撤离。
Thefiresfollowingtheexplosiongeneratedthicksmoke,andlocalresidentswereaskedtoshelter-in-placeforseveralhours.Thefireswereextinguishedthenextday.
爆炸过后的火灾产生了浓烟,当地的居民被安置到了避难所长达数小时。
第二天火灾被扑灭。
2IncidentAnalysis
TheCSBinvestigatorsdeterminedthatthekeyfactorsleadingtothisincidentincluded
alackofhazardrecognition,
poorlydocumentedprocesssafetyinformation,
ineffectivecontrolofproductrecipechanges,
alackofautomaticsafeguardstopreventormitigatetheeffectsoflossofcontroloverthereaction,
impropermanwayboltingpractices,
pooroperatortraining,
inadequateemergencyplansdrills,and
inadequatecorporateoversightofprocesssafety.
2突发事件分析
CSB调查官确定的导致事故发生的几个关键因素包括:
●缺少危险识别
●工艺安全分析文件化不足
●产品配方变化的监管不力
●缺少预防或减除反应失控影响的自动安全保障
●人孔螺栓连接不当
●操作培训不足
●应急预案演练不够
●工艺安全监管不足
2.1HazardIdentification
Whenperformingreactivechemistry,companiesshouldmaintainahighdegreeofawarenessofthehazardsinvolved.Synthroncombinedmonomersandreactioninitiatorsinthepresenceofflammablesolventtoproducepolymerproducts,butfailedtoidentifythehazardsassociatedwiththistypeofchemistry.
2.1危险识别
当工艺涉及化学反应时,公司应该对所涉及的危险保持高度的清醒。
先创化工厂使用单体和反应起始物生产聚合物产品时,伴随出现了易燃溶剂,但没有有效识别此类化学品的危险。
TextssuchasLossPreventionintheProcessIndustries(Mannan,2005)andBretherick’sChemicalReactionHazards(Urban,2000)describeappropriatemeansforcharacterizingindustrialchemicalreactions.Theseincludedeterminingtheheatgenerationrateasafunctionoftemperature,theavailableheatremovalcapacity,andthepotentialforexcessivemonomerorinitiatoraccumulationinthereactor.Failuretocontrolthesecriticalcharacteristicscanleadtosevereupsets,includingrunawayreactions.
工艺过程损失预防和化学反应危害提供了描述工业化学反应特征的有效方法。
这些方法包括确定热量产生速率、热量消散能力、单体或起始物在反应器中过量积聚的可能性。
未能有效控制这些关键特征将导致严重的后果,包括反应失控。
Managerscandetecthazardsbyasking“Whatcangowrong?
”toidentifythepotentialconsequencesofinappropriatemixing,recipechanges,greater-andlowerthan-normalheating,lackofmixing,etc.Theanswerscanbeusedtodevelopimprovementsorchangesthatcanpreventreactiveupsetsormitigatetheirconsequences.
管理人员通过提问“会出现什么错误?
”来探测危险,并进一步识别是否存在混合不当、配方变化、高于和低于正常加热、混合不足等。
这些答案可以作为预防反应不良后果或减除危害后果的改进措施或变革。
Synthronhadnotidentifiedthehazardsofitsreactivechemicaloperations.Noformalhazardreview(alsoknownasaprocesshazardanalysis,orPHA)wasconductedtoaddress“Whatcouldgowrong?
”duringreactoroperations.
先创化工厂未能识别化学反应操作过程中的危险。
在反应器操作阶段,没有进行正式的危险检查和“会出现什么错误?
”的提问。
Furthermore,mostofthemanagementandoperationspersonnelatSynthronhadbeenonthejobforlessthanayear,insomecasesmuchless(Table1),andlackedpreviouspolymermanufacturingexperience.Inaddition,Synthron’strainingprogramwasinformalanddidnotincludereactivehazardstraining.
Employee
TimeatSynthron
PolymerExperience?
Manager
9months
No
Superintendent
8months
No
VicePresident
5months
No
2ndShiftOp-1
3months
No
2ndShiftOpt-2
3months
No
Chemist
3weeks
No
Table1:
ManagementandoperationspersonneltenureatSynthron
此外,先创化工厂的大多数管理和操作人员工作不足一年,缺乏聚合物制造的经验(表1)。
先创的培训计划不够正式,也没有涵盖反应危险的培训。
表1管理和操作人员在先创公司的任职情况
岗位
在先创的任职时间
聚合物反应的经验?
经理
9个月
没有
管理人员
8个月
没有
副总经理
5个月
没有
值班操作员1
3个月
没有
值班操作员2
3个月
没有
药剂师
3周
没有
Personnel,includingsitemanagers,werethuspoorlypreparedtorecognizepotentiallyhazardouschangestoproductrecipes,ortorespondtoanincipientrunawayreaction.
包括现场管理人员的所有工作人员都疏于识别配方变化带来的潜在危险,也没有为初期反应失控的应对做准备。
Additionally,Synthronhadnochemicalorotherengineersonstaff,andnonehadbeencontractedtoevaluatethehazardsassociatedwithreactiveoperationsatthesite.
先创没有化工或其他方面的工程师,也从未对现场反应操作相关的危险进行评估。
2.2LackofProcessSafetyInformationandTraining
Synthronhadminimalsafetyinformationonitspolymerizationprocess,eventhoughthiswasthecoreofitsmanufacturingbusiness.Synthronoptimizedproductformulationstomeetcustomerspecifications.However,reactioncharacterizationandcalorimetrywerenotperformedtoestablishprocessequipmentperformancerequirementsandoperatinglimitsforsafeoperations.
2.2工艺安全信息和培训不足
虽然聚合物是先创的核心生产业务,但关于这方面的安全信息却少得可怜。
先创化工厂优化了产品配方,以满足客户的要求。
然而,没有进行反应特性和热量测试来确立工艺设备的性能要求
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